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发电企业磨煤机节能监管平台的研发及应用

为实现区域发电公司磨煤机系统远程监管与设备治理，研发了区域化磨煤机节能监管平台，创建“诊断 服务 产品”技术监管模式，实现区域电力公司制粉系统远程诊断与技术指导、疑难问题现场专家优化服务、关键设备治理与产品研发的闭环管理。项目成果实现了华电山东区域煤耗降低0.6克/千瓦时，每年节约标准煤4.8万吨提高了制粉系统运行安全经济水平。

一、项目背景

锅炉制粉系统为火电厂锅炉提供燃烧需要的煤粉，粉煤质量、风粉匹配程度、制粉电耗、运行参数控制等问题均会影响锅炉燃烧的安全、经济和环保性能，制粉系统运行状况与制粉系统设备性能密切相关，且随着相关设备性能的变化而动态变化，这就需要我们对不同类型制粉系统设备特性、运行专项优化调整、设备改造治理等关键技术进行深入研究并实施，以促进制粉系统挖潜增效与安全运行。

二、发电企业磨煤机节能监管平台研发与应用

研究发电企业区域化磨煤机节能监管平台，依托平台开展制粉系统参数预警、风险评价与远程诊断，研究实施基于设备特性的制粉系统专项优化调整、一次风热态调平、设备治理等专项技术服务，研发制粉系统一次风自动调平、煤粉细度在线检测、煤粉管道同步取样以及制粉系统掺烟气防爆等技术产品，打造形成了“诊断 服务 产品”的区域化火电企业制粉系统技术成果迭代、孵化平台。

1、技术路线

项目以现场技术需求与技术问题为向导，以解决制粉系统出力偏离经济运行区间、辅机耗电率高、煤粉质量波动大和制粉系统内爆风险高等一系列关键问题为突破口，研发和应用制粉系统远程诊断、问题分析、一次风调平、关键参数在线监测、设备治理及运行优化调整技术，建立远程诊断、现场优化服务、设备治理、闭环跟踪、迭代升级一系列闭环管控流程，促进制粉系统典型及普遍问题的持续优化解决。

2、研发区域化制粉系统优化诊断与监管系统

开展制粉系统远程监管系统技术研究,基于设备原理、故障机理、数据分析技术和专家经验，建立涵盖172台磨煤机的制粉系统安全经济指标体系、评价标准、预警模型、故障树、故障诊断模型，依托现场试验和历史数据分析建立制粉系统设备特性库，并以此研究制粉系统系列优化技术和优化操作策略。运用先进数字化诊断工具，研发国内领先的区域化制粉系统优化诊断与监管系统，完成制粉系统参数预警、风险评价、运行操作策略优化、故障诊断、智能诊断报表等功能研发，实现了区域化制粉系统预警和诊断功能。

3、建立制粉系统的数字化技术孵化平台

依托区域化制粉系统优化监管系统，创新区域化制粉系统优化监管模式，开展区域公司制粉系统日分析、周诊断、月对标诊断工作，对远程诊断发现的问题进行远程技术指导，在远程指导处理无效的疑难问题，开展现场专项诊断试验与专项优化调整技术服务，对诊断的设备问题开展现场设备治理，创新“诊断 服务 产品”成果快速迭代的技术监管模式，建立了涵盖山东公司10个燃煤火电单位172台制粉系统的数字化技术孵化平台。成功将制粉系统远程监管技术、专项优化调整、设备治理服务和专项产品研发相结合，实现异常及时发现、原因诊断深入准确、技术支持精准到位、系统问题持续改进。

三、煤粉细度在线测量与在线调整系统研发

研发基于激光成像技术的煤粉细度在线测量和控制装置，实现煤粉自动取样，通过激光拍摄原理实现煤粉细度在线自动检测。

1、煤粉细度在线测量原理

研发基于激光成像技术的煤粉细度在线测量和控制装置，在分离器出粉管处将煤粉自动取样，通过激光拍摄原理对取样的煤粉进行成像，同时利用视景调节器调整煤粉图像投射视景窗口大小和光源亮度，实现了煤粉自动取样、细度在线检测，检测过程实现自动控制。

2、图像识别法关键技术

通过将煤粉取样装置搭配视景调节器、平行激光光源、CCD成像系统，实现对煤粉进行定时的取样、拍摄、分析，利用计算机图像处理技术实现煤粉细度颗粒实际尺寸的测定，采用成像系统对煤粉颗粒进行图像采集，选用特定的参数对煤粉颗粒的大小和形状信息进行描述，利用检测系统对煤粉颗粒的形状以及粒度分布进行判断统计，通过不间断地煤粉图像采集与处理，实现精确的煤粉细度在线测量，指导煤粉细度实时调整，为提高制粉系统诊断和运行调整效率提供技术支撑。

3、煤粉细度在线测量系统效果

煤粉细度在线测量系统在莱城电厂投运后，为检验在线测量系统的稳定性、准确性，进行了效果检验试验。

（1）在线测量设备测量结果稳定性验证

维持制粉系统、分离器转速稳定快速完成三次煤粉细度在线测量，利用三次测量结果检验系统稳定性。调整磨煤机分离器转速1000r/min，快速完成三组煤粉细度在线测量，每组在线测量耗时3min以内。三次测量的R90数值分别为9.01%，10.10%，10.68%，平均值为9.93%，方差为0.72，标准差0.69。   由粒径质量分布图、粒径数量分布图看出，在线煤粉细度测试设备本身具有良好的稳定性。 

（2）在线测量与筛分法对比验整

利用在线测量设备测量结果同筛分法测量结果的对比分析，验证在线测量准确性。分离器转速1100r/min，重复取样测量6次。在线测量6次测量结果范围在11.12%-14.86%之间，波动范围3.74%；筛分法6次测量结果范围在8.44%-14.26%之间，波动范围5.82%。图像法的波动范围明显小于筛分法。由对比验证结果看，煤粉细度重复度偏差在5%以内。

（3）在线测量设备对运行调整的响应能力分析

   在四个不同分离器转速工况下，每个工况三次取样测量，试验结果说明随着分离器转速的增大，煤粉细度R90值相应降低，这种变化趋势正确地反应了分离器转速增大导致煤粉细度降低的现象。该在线测量设备具有灵活的响应能力，可正确地反应煤粉细度的变化趋势，为在线实时调整煤粉细度提供指导。

表1煤粉细度在线测量实验数据

项目实现了煤粉细度实时在线检测，煤粉取样、细度测量、煤粉送回、系统吹扫和结果输出均实现了全过程自动化操作，煤粉细度测量时长控制在3分钟左右，煤粉细度重复结果偏差在5%以内。根据煤粉细度在线测量数据，指导在线调整煤粉细度，提供制粉设备调整建议。

四、制粉系统防爆燃综合治理技术研究

研究制粉系统综合防爆技术，通过在磨煤机和煤粉仓内部掺入炉烟作为惰性气体，实现制粉系统综合防爆。

1、制粉系统爆燃的因素及对策分研究

由煤粉爆燃三要素，即一定的煤粉浓度、维持不间断燃烧的氧气供给与一定能量的点火源入手，深入研究决定制粉系统煤粉爆燃影响因素，在研究煤质、磨煤机入口负压、磨煤机出口温度、风粉混合物流速、制粉系统漏风、系统操作管理、气体成分等因素影响的基础上，由制粉系统运行控制、防积粉自燃、煤质监控与管理等方面提出制粉系统煤粉燃爆治理技术，研究提出制粉系统惰化防爆设计思路，在风粉混合物中加入一定量的烟气作为惰性介质实现防爆。

2、中储式制粉系煤粉仓防爆技术方案

从引风机出口抽取炉烟，通过新增的炉烟增压风机、炉烟母管、烟气冷却除湿器，将炉烟温度降至45～50℃左右，从落粉管对侧两角的煤粉仓顶部钻孔引入煤粉仓，炉烟掺入管与粉仓负压抽气管形成闭环烟气循环系统。由于烟气中CO2密度大O2密度，导致CO2弥漫覆盖在煤粉表面，对粉仓内煤粉起到隔绝氧气防止氧化的作用。在煤粉仓顶部安装粉仓气体成分在线检测系统与预警系统，调节烟气掺入量，将氧浓度控制在预设的安全范围内，从而达到阻碍煤粉氧化自燃的目的。

该技术方案通过在煤粉仓充低氧炉烟实现煤仓防氧化自燃，并在滕州公司140MW机组实施，运行试验说明煤粉仓掺炉烟系统运行，煤粉仓氧量保持在17%左右，提高煤粉仓安全性，同时可适当提高磨煤机出口风温5℃左右，提高制粉系统经济性。

3、直吹式制粉系统磨煤机掺炉烟改造技术方案

该方案从引风机入口抽取炉烟，通过新增的炉烟增压风机、炉烟母管进入磨煤机，经过调节门接入磨煤机入口容量风母管，母管掺混点后增设氧量计，在磨煤机出口一次风管安装CO线测点，根据测量数据调节烟气掺入量，用于降低磨内容量风氧气含量。在磨煤机进风口引入锅炉尾部烟道中低氧烟气对磨煤机进行加热，通过掺入烟气量调整实现磨煤机内氧浓度控制在提高磨煤效率的同时，提高制粉系统防爆、防自燃能力，实现制粉系统防爆燃技术治理。

该技术方案先后在滕州3-4号炉、章丘1-2号炉、龙口5-6号炉、莱城3-4号炉、莱州1-2号炉等机组实施，系统运行后磨煤机出口温度可以提升5℃以上。本项目在提高磨煤机出口温度的同时，有效减少了制粉系统爆炸事故，为入炉煤掺配掺烧创造了有利条件。

五、项目应用成果

1、项目实施应用情况

发电企业磨煤机节能监管平台的研发及应用项目，创新建立了“诊断 服务 产品”区域化技术监管模式，在华电山东公司10 个火电单位172 台制粉系统成功推广和应用。基于区域化监控平台诊断发现异常9000 多次、技术服务300 多次；研究建立基于制粉系统设备特性的20 多项运行优化技术，并在不同制粉系统上得到了应用推广、迭代；针对分离器效率低、给煤机断煤、热态一次风速偏差大等设备共性问题研究实施了200 多项针对性设备改造；针对制粉系统调平工作效率低、煤粉取样代表性差等典型问题，研发了共享、移动式制粉系统专用调整、监测装置3 套；针对制粉系统内爆的典型问题，研究实施了10 台制粉系统掺冷炉烟综合防爆技术改造。“诊断 服务 产品”制粉系统区域化技术监管模式建立与运作，实现信息、技术、服务和产品孵化动态更新迭代优化，达到持续提升区域制粉系统安全、经济运行水平。

2、主要经济技术指标

项目创建了“诊断 服务 产品”的制粉系统区域化管控模式，实现了制粉系统远程诊断与技术指导、疑难问题现场专家优化服务、关键设备治理完善的闭环管控措施。

1）通过制粉系统远程诊断与技术指导，实现了制粉系统异常报警、远程诊断、改进指导，提高制粉系统出口温度2℃，降低制粉耗电率0.08%，折算区域煤耗降低0.33 克/千瓦时。

2）针对远程诊断不能能解决的疑难问题，开展专项优化调整技术服务，经优化调整的机组平均降低煤耗0.9 克/千瓦时，折算区域煤耗降低0.27 克/千瓦时。

3）针对设备治理典型问题，实施制粉系统煤粉细度在线测量、制粉系统掺烟气防爆燃综合治理、制粉系统分离器改造、煤仓防堵改造等，提高制粉系统安全性、经济性。

本项目每年可以节约标准煤约4.8万吨，降低燃煤成本6240万元，减排二氧化碳约12.4万吨，减排二氧化硫约407吨，减排NOx约356吨，项目应用提高了区域公司制粉系统运行安全、经济水平。项目应用成功创造了重大的经济效益与社会效益。在安全生产方面取得的显著的综合效益。

3、项目推广应用价值

项目的应用为火电厂制粉系统优化提供了经验借鉴，提高了火电企业制粉系统优化方面的整体技术水平。项目具有良好的市场竞争能力和系统创新能力，已在华电山东公司10个火电单位172台制粉系统中应用，不仅成果转化度高，而且取得了重大的经济效益与社会效益，对促进电力行业科技进步和产业结构优化升级有重大意义，具有较大的推广和应用价值，社会效益巨大。

作者单位：华电国际电力股份有限公司技术服务分公司